DE1520328A1 - Verfahren zur Herstellung von Poly-p-benzamid - Google Patents
Verfahren zur Herstellung von Poly-p-benzamidInfo
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Description
55547« 8000 MÖNCHEN 15, 16. Oktober 1968
W. 11 5o6/63 13/RS P 15 2o 328,8
Monsanto Company
St. Löuis, Missouri (V.St.A.)
St. Löuis, Missouri (V.St.A.)
Verfahren «or Herstellung von Poly-p·
beneaaid
Erfindung besieht sich auf die Herstellung von neuen synthetischen linearen Kondensationspoly
πeri8aten. Insbesondere besieht eioh die Erfindung auf
die Her0teilung eines thernisch widerstandsfähigen
roly~p-ben«amids von hohem Holekulargowioht.
Dae Interesse für Poly-p-beneaiaide von hoher TeB-peraturbeetändigkeit bat eu einer verstärkten Untorauohung auf dein Gebiet von aronatleohen Polyamiden geführt»
da aronatieohe Dicarbonsäuren und aromatische Uiamine in
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„»» (ArU HiAbe.2
Polymerisaten eine höhere thermische Stabilität ale
aliphatluehe Dicarbonsäuren und aliphatisch« Dianine
oder geraisoht aroBatisoh-allphatisohe Polyamide zeigen.
Temperaturbeständige, vollständig oder rein aromatische
Polyamide alt hohem Molekulargewicht, in welchen beide funktlonelle Gruppen direkt an den gleichen aromatischen
King gebunden sind, sind technisch sehr erwünscht, da es EU erwarten 1st, dag sie viele erwünschte Eigenschaften
beoiteen, welche in Temperaturbeständigkeit erfordernden
Anwendungen und Endgebrauchesweekon brauchbar sind« Völlig
aromatische Polyamide können nicht durch Arbeitsweisen
hergestellt «erden, welch· üblicherweise bei der Herstellung
von den meisten Polyamiden jsur Anwendung gelangen· Polymerisation in der Schmelse ist nicht anwendbar, da die
zur Durchführung; der Umsetzung erforderlichen hohen ?e&~
peraturen au einen Abbau oder einer Verschlechterung der Zwischenprodukte, zu eine« Polymerisat von niedere» KoIekul&r&ewicht oder überhaupt ssu keinen Polymerisat, zur
Bildung von Nebenprodukten und Vernetzung und der dabei sich ergebenden Verfärbung und UnlCaliobkoit führen·
wurde versucht. Umsetzungen bei niederen Temperaturen
unter 500C unter Verwendung von sehr reaktionsfähigen
8AD ORIGINAL 909821/1036
Monomeren, beispielsweise Diaminen und Murehalo$eniden,
durohEuführen, wobei jedoch noch eine Hebonproduktbildung,
Hydrolyse und andere anerwünaohte Herkmale erhalten wurden*
Sin Verfahron sur Herstellung von vollständig aromatischen
Polyamiden iat in ^w TTS-Patentschrift 3 006 899 beeohriebon, welches jedoch nur auf aromatische Polyamide anwendbar ist, die durch tJmeetsung von ewei Monomeren, einen
aromatieohon Diamin und einest aromatioohen Bioarbonaäure-»
Chlorid von denen jedee eine der Amid bildenden funktionell
lon Gruppen enthält, hergestellt wurde, anstatt auf aromatische Polyamide, die dureh Homopolyaeriaation von einem
Monomeren, welches beide amidbildenden Xunktionellen
Gruppen direkt an einen einzigen aronatieohen Ring gebunden enthält, hergeatellt werden konnten.
In der Patentanmeldung K 55652 IVd/39 ο iat ein Verfahren zur Herstellung von vollständig arp&atieohen Polyamiden aus einem Monomeren, beispielsweise einem Aßinsala
eines aromatischen Säur©halogenide» welches beide funktionelle Gruppen unmittelbar an den Hing gebunden enthält,
beschrieben» Jedoch ißt die in dieser Patentanmeldung
dargelegte Arbeitewelse nur auf die Herstellung von in m-ateilung orientierten Polymerisaten beschränkt· Versuche,
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nach dieαer Arbeitsweise p-3)erivate her&uetellen, führten
offensichtlich dazu, daß das Mononero sich mit Wasser
unsetate und p-Afcin oben ßoe säur ehyclro chloric* bildete· Di»
Herstellung eineο Polyimide aua p~AminobensoesHure durch
Krhitson würde normalerweise cu einer Decarboxylierung
<5ca Ac-.inosalxoe zu Anilin führen« Die Kondensation von
p-ThionylaminobenBoylohlorid wurde von Eiesa in Eevista de
la Facultad de Huaanides y Cienοlas, Univereidud de Montevideo, 2t Sr. 3, 3. 65-73 (1940) beschrieben] diese führte
jadoch zur Herstellung von Dimorcn, Trimeren und anderen
Olißocoron von niedrigen Molekulargewicht anstatt zur
Bildung von Polymerisaten von hohen Molekulargewicht.
Bin Zweck der Erfindung besteht in der Schaffung von
roly-p-bcnzanidpolyciGrieatön» welche zur Erzeugung von Fäden, Fasern oder filmen geeignet sind· £in anderer Zweck
der Erfindung besteht in einen Verfahren aur Herstellung
von theraißoh stabilen roly-p-benaanidon von hohem Hole«
lcularßevioht. Weitere Swooke und Vorteile der Erfindung
sind aus der nachstehenden Beschreibung ersichtlich·
Iq allgea©incn werden die Zwecke dor Erfindung dadurch
erreicht« daQ stan ein Honomeres« welche« aus einen Aryloulfonatsals eines p-Aainobensoyllialoßcnids, einen Arjinliydrobalo£*nideal» einte p-Aciinobensoylhalogenids oder einen
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Kydrohalogenideals einee p-jViainobenxoy!halogenidο bestehen
kann, Tür das PolytJerisation»verfahren barg«οtollt, indem
iaan die Teilchen des Monomeren in fein verteilter Porra,
entweder durch mechanisches Vermählen dea Honomeren su
•inen feinen Pulver oder durch Verwischen desselben rait
einem geeigneten nicht-wäßrigen Dispergiermittel, diepergiert. Daa dlapergierte Monomere wird dann sit einen tertiären JUain oder irgendeinen anderen geeigneten S&ureaceeptor
ungeaetzt, welcher nur ein SaIs mit der Salzsäure oder einen
anderen Nebenprodukt der Reaktion bildet, während kräftig
gerührt wird« Die Reaktion kann bei Bauntenperatur stattfinden und iet übliohorweise etwa nach 20 bis 70 Hinutes vollständig, obgleich in einigen Fällen längere Scaktioneseiten
erforderlich »ein können, vena eine große Henge eines Polyneriaata von sehr hohem Molekulargewicht erwünscht iet» Die
Reaktion euü in einer r.icht-wiiiJrigen TJagebung durchgeführt
worden, um eine Hydrolyse dee Monomeren su verhindern» Das
eich ergebende rolycterioat wird dann von allen saure» Materialien und nicht uiageeetsten Bestandteilen frei gewaschen
und getrocknet«
Hie ftono&eren, welche &eaä& der Arbeiteweiae der £rfindung unter Bildung von Poly-p-bensanid polynorieiort
werden können, körnen durch die nachatehende allgeneint
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Il
-Y-R
wiedergegeben werden, in welcher X Chlor, Brom, saures
Sulfat oder Arylsulfonat, R ein Halogen, wie Chlor oder
Brom, und Y Kohlenstoff (C) oder SO bedeuten^ . und E1 irgendeine Gruppe oder ein Rest sein
Wasöorstoff, Halogen, Arylt niederes
Kltro oder ei» Alkylrest mit 1 bia 2 Kojblonstoffatoneia. Die
ölesör Honorscren kann geiatiü der biß^er angewen»
Arböitöweisen, die von Eiees (β· ο.) boaohrieben ein<Lt
. Alß Beiapiolö derartiger Monoctersr können die nach·
stehenden angeßöben weräei» Kydroiialogenidöaliio von p-Aai«
nobonssoylhaloßoniden imd ringeubstituierten 3)orivaton öavo«f
ζ·Β· p-Aiainobenzoylbrowid-hydrochlorid, p-Assinobenzoylbroiaid-hydrobroaiß
t J-Hathyl^^aminobonsoylchloriÖ-hydroChlorid,
i-Chlor-^aciinobenzoylcJhloriu-hydrochlorid,
fcydroohlorid, 2·
benaoylühlorid-hydroohlorid, 2«?he»yl~4«aminoben&oylchiorid
hydrochlorid» 2-Λthyl-4-öninobenaoylchlorid-hydrochlorid,
BAD ORIGINAL 909821/1036
2-Kethyl-4~aninobenBoylchlorld-hydrochlorid, 2-Ghlor~4-aninobenjsoylchlorid-hydrochlorid
und 2«Hltro-4-aEJinobcm-Äoylehlorid-hydrochlorld.
Weitere geeignete Honoaoro unfaaecn dl« Arylsulfor.ataalzo
von p-Aiainobenaoy !halogeniden, »·Β· 4-Ar»inoi5onKoylchlorid-p-toluoloulfoiiat,
A-Awijiobensoylchlorid-benzoleulionat»
^Affiinobenisoylijronid-p-toluoleulfonat, 4-Ao&2ioben-. ■·.·.
olßuironat, i-Kethyl-^-aaiinobcnaoylcbloriä-,
3-Athyl-4~aiainobensoylchlorid-<benzoleulfonat
2-Kethyl-4-aninobünsoylohlorid«bö»sol8ulfOJiat und 2-^henyl-J-anlnobcusoylbromid-benaolaulfonat.
Andere geeignete Kcmociere ursfaasen die AainhydrohalogenIdealise
von BenKoXaulfonylhaXogenlden und ringeubotitulerten
I^riVRten davon, κ·Β, 4-Aßinobensolsulfonylühlorldhydrochloride
3-KβtViyl-4-βBlnoben2olßulfonylchlorid-bydroohloridf
3-X.thyl»4»öniriOben201oulfonylchlorid-hydrochlorid»
2-Kethyl-4-ßislnobenKolßulfonylohlorid-hydrochloridt 2-Hitro-4-i«!\inobenEoieulfonylchlorid«.hyärochloridt
2-.Ohlor-4-a»ißobeneolsulfonylchlorid-hydrochlorld,
3-Kitro-.4-ßotnobonsol-.
eulionylchlorld-hydroohlorid» 3-Phenyl-4-aKlnoben«oleulfonylchlorld-hydrochlorld,
VChlor-^-aHinobonaoleulfonylchlorid-hydrochlorid
und 2-Xthyl-4-«uai«o1)eß*oiöulfonylchlorldhydroohlorld«
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-Q-
Hoch weitere geeignete Monomere umfeteaen die Arylsulfonataalse
von Bonisolouliony !halogeniden, z.B. 4~Aninobtmsol
ßulfonylchlörid-p-toluoloulfonatf
bronid-p-toluolsulfon&t, 2-H6thyl
chlorid-p-toluoleulfonat, 3-Kethyl~4-aainobenJ5Olaul£onyl«- ehlorid-p-toluoleulf onat, 2~Äthy l-4-«uainobenKOlaulfonylohlorid~p-toluolaulfojiat und 2-öhlor-4~&ninoben2olaull"onylchlorid-p-toluoloulfonat.
bronid-p-toluolsulfon&t, 2-H6thyl
chlorid-p-toluoleulfonat, 3-Kethyl~4-aainobenJ5Olaul£onyl«- ehlorid-p-toluoleulf onat, 2~Äthy l-4-«uainobenKOlaulfonylohlorid~p-toluolaulfojiat und 2-öhlor-4~&ninoben2olaull"onylchlorid-p-toluoloulfonat.
Mit Beaug Ruf eine virkeame Polyaörieation zn einem
Polynerisat von hohen Kiolefeulaapfjewioht wird vorssugaweiee was
jcdooh nicht weeentlieh ist « ein geeignetem nicht*waßrigee
Disperßienaittol rerwcndet, um die Honoiaerenteilohim
zu verteilen und zn dispergieren und dunit eine raachore
und wirkaamere Umaetnung der Honorteronteilohen nit den tertiären
Anin-Protonenaocepter au ermöglichen· Die Verwen»
dung eines eolohen Dispergiermittels erleichtert auch u&b kriifti0e
Htlhren» velche» während der Sußabe deo Kononeren
KU dem tertiären Anin-Protonenaoceptor stattfinden miB*
ßeeignete Dißperßierraittel» velöho dae Jfonowere erfolßroioh
disporgieron, sollen auch nit dem Säuroaoceptor nischbar
öein; ma eine Phaeo oder löuunt; eu bilden· Verbindungen,
welche In dieser erwünschten Velee wlrkaan Bind, utafaescn
9 0 9 8 21/10 3 6 BAD
cyclische Hono-oxy- und Ei-oacyäther alt bia eu 5 Kohlenstoff
atomen, s.B. 1,3~I>iO3cun» 1,4-Eioxan, 1,3-Ui oxo lan,
2~Methyl-1,5-diO2tolan» Propylendioxyd, 1,2-DiO3Cwluno»
Äthylenoacyd, 2rimethylono2cyd und Tetrahydro furan. Da» bevorzugte
Dispergiermittel ist Totrahydrofuran.
Haehdem das Monomere gründlieh diepergiert iet, wird
Qe ait eine» Protononacceptor vermischt und die Polymeriaationaroaktion
iat kura danach vollständig« Der Protonenacceptor
muß eine Verbindung sein, welche tait dem aauron
2iobünprodukt der Keaktlon reagiert» um ein inertes Salz
sstt bilden» jedoch nicht »it dem Carbonyltoll des Kor.ozseren
«ich ut:u«tat, um die i olynerioationsreaktion zu beendigen·
Organiaolio tertiäre Anine sind wir keime Protonenaooeptoren»
da ei« beispielsweise ein Anlnhydrochloridaalz bilden·
Andererseits kunnen priUlre und sekundere Anine nicht eingoacitist
werden« da sie einen oder nehrere reaktionsfähige
Vaeeeratoffe enthalten und mit dein Carboxylrest unter
Bildung von kettenbeendendan Verbindungen reagieren· Geeignete tertiäre Alkyl«» Aryl* und heterocyclische Amine und
I) iaain ö unfaesen Vriaethylacdn« i'r Ia-* thy lumin, i'riprorylanin,
Dime thy lathy larain, O!riieopropylmaint l'riphonylaein, -
■^'»Ai ii, S'riätbylen-
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- ίο -
diamin, pyridin, 2-Hethylpyridin, 3-Ketliylpyridint 4->!othylpyridin od.dßl· Der S&ureaooeptor gelangt in ei»er !!enge
zur Anwendung, weiche sich natürlich rdt der Menge an zu
polyneriolerendera ilonozaeren ändert, wobei ein geringer
überaohuß der theoretisch erforderlichen Henge, ue jegliche
während der Reaktion gebildete ÖUure zu neutralisieren
verwendet wird.
2a wurde feotceotollt, daß die Polyoerieationareuktion
in einer vollständig nioLt-wiißrißon Umgebung durchgeführt
v/erden nuß· Dao Mononere, daa Diapor^iernittel und der
Protonenacceptor ailaoen frei von Wasser sein, un die Herctellujiß oder Erzeugung eines Poly-p-boncaiaido von hohen
Hplokular^ewicht eu erreiche»· Voi-aucho, roly-p-Benssassid
unter Verwendung einea vtl^rigcn Crenaphasonßyotena herauetollon, führten offensichtlich zu einer Uiaootüung Cos
Honoajoren mit den Wasser unter Bildung von p-Aninobemsoe-Hliuro-hydroohlorid. Be wurden Versuche auageftihrt, wie in
den Beispielen 2 und 3 geneigt ist, die Löslichkeit des
Honoxaercn in der wäßrigen Phase au verringern, un damit
xauglicherwelee die Hydrolyse des Monomeren herabzusetzen·
Diese Wege erwiesen eich ebenfallt ale undurchführbar·
£aa Verfahren gewäU der Erfindung ist insbesondere
vorteilhaft, da ·· «in nicht-wiiörigee Einphaeansyetta
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darstellt, welches leicht und wirtschaftlich durchgeführt werden kann und ein Polymerisat von ßuter Farbe in hohor
Auaboute ergibt, velcheo ftlr viel© Endverwendungoisweolce
gewinnet iet.
Daa Poly-p-ben^anid gem&ß dor Erfindung knnn zur Her
etolluns von Kischpolymerioaten ©it geeigneten niachpolynerißierbaren
difunlctionellen Verbindungon verwendet werden·
Uieae Polywerisate können ebenfalla mit HiechpoljTner
saten verwendet werden, uci roly-p-benzamiä-liinhtiiten enthaltende
Mischungen herauetollen. Beiepiolcweise können
dio Dianine und Disaurechloride oder Aninoeüurechloridhydrochloride,
v;elche ssur Herstellung; von Polymerisaten,
κ·Β. rolyhexaisethylenterephthalawid, PolyhoxtHnethylenadip
amid, rolyhexaaethylenaebiicaaid, Poly-ia~ben2tuaid, Poly-nphenylöniuophthalarjid
verwendet werden, und dio Polyamide von 2,4-l*oluoldiäiPiin und Isophthaloylchlprid mit ?oly-pbenaamidnonoaeren
raisohpolynerisiert word on, um Polyaeriaate
ftir veröchiedene textil- und andere Kndverwendungen
herzustellen.
Uie Brfindunß wird nechetehend anhand von Beispielen
näher erläutert, in welchen »amtliche Teile und Prozentauf
Gewicht bezogen sind, wen» niehtc anderes
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angegeben iat. Die Werte der EigenviskositUt sind in
Schwefelsäure bei 250C und einer Konzentration voa 0,5 fi
X'olyxaerisat je 100 nl Lösung boatioat·
In einem trockenen Kolben, welcher utit einen Etihrer
und einen Sropftrlehtcr aucgeatattet wer, wurden etwa 0,05
Mol p-iininobensoylchlorid-hydrochlorid gegeben· Dann wurden
50 nl trockenes \Dioxan nit dem Honorieren unter Bildung
einer Aufsehliuamung vermischt. Anschließend wurden 50 öl
trockenes Fyridin rasch zugegeben, während die Lösung
.kräftig gerührt wurde· Eine intensive orange Farbe wurde in den Kolben entviclcelt, wobei die Kischun^ jödoch langsam
eine gelbe und dann e ine weiße Farbe annahm. Die Kiechur.g
wurde eine Stunde lang gerührt, dann gewaschen und filtriert, wobei Eweiraal Waeser und dann Ketfeanol verwendet wurden·
Uae Tolymeriettt wurde dann getrocknet und Kit Ifatriumbicarbonatlöaurig
behandelt, ua dio Sntfornung von oäcitlichen
sauren Katerialien sicherzustellen« Nach dem Trocknen dos
Polymerisats bis zur Oewichtekonatans wurde eo der differentiellen
Sfheraoanalyoe (DTA) unterworfen· Die ETA-Kurv«
seigte, daß Poly-p-bensamid bis zn oeineia Schmelzpunkt
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von 5O5°ü sehr hitisebastiinclie war· Diο thertsographinetrische
Analyse (^CA) erßab, daß oin geringer Govichtuvorlust
bciw Zrhitzon von Poly-p-benHaniö bia zu. einer üüenporatur
von etwa 40O0O stattfand* und kein weeontlichcr Gewichteverluet
bis nahezu 5000C auftrat. Dao lJolyoeriaat hatte
eine Sigenviakoaitiit von 0,76·
Dieeea Beiepiel erläutert eine angestrebte Grenzflächenpolymerisation
von Poly-p-benzamiä, um der Hydrolyeenwiricur.ß
durch Sättigung der wuörißen Phase entgegenjfcuwirken· Ee
wurde eine ERulsion aus 50 »1 Wasser» das Bit iiatriusschlorid
gesättigt war, 10,0 g natriumcarbonat» 0,1 g Hatriuialauryloulfat
und 25 »1 tetrahydrofuran (TH?) hergestellt. Zu der Emulsion wurde eine Aufeohlsteßiung von 9 ml THP, 17 ml
Bensoxiitril und 9»6 β p-ATainobftnsoylchloridhyörochlorid jsugegeben»
Die Mischung wurde raoch während 15 Kinuten gorührt
und da» Produkt i» heißem Viaeeer gewaschen und getrocknet.
Be wurden nur etwa 0,2g einer verfärbten, polymerisatartigen
3übβtana von niederige» Molekulargewicht abgetrennt.
Der Versuch von Beispiel 2 wurde wiederholt» wobei
jedooh ein« Ittaung von 29 & CaOl2 in 100 al Vaaeer fUr die
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wJtßrige Phase verwendet wurde. Bin eahvach purpurfarbige a
Produkt von niedrigem Molekulargewicht wurde in einer Ausbeute von 2,5 β erhalten.
SAD
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Claims (6)
1. Verfahren zur Herstellung von Poly-p-benzamid, dadurch gekennzeichnet, daß man in disperser Form ein Monomeres
der allgemeinen Formel
in welcher X Chlor, Brom, saures Sulfat oder Arylsulfonat, R einen Halogenrest, Y Kohlenstoff oder SO und R1 Wasserstoff,
Halogen, Aryl, Nitro, Alkyl oder niederes Alkoxy bedeuten, in Gegenwart'eines tertiären Amins unter wass.erfreien Be-■
dingungen und unter Rühren zur Erzeugung von Poly-p-benzamid mit einer Eigenviskosität von wenigstens 0,6 polymerisiert.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß man ein Monomeres der vorstehenden allgemeinen Formel verwendet, in welcher X OhIor,Brom oder Sulfat bedeutet«
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß man ein Monomeres der vorstehenden allgemeinen Formel verwendet, in welcher R Ohlor oder Brom bedeutet.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Monomeres der vorstehenden allgemeinen
Formel verwendet, in welcher R' Wasserstoff oder Methyl bedeutet.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4» dadurch gekennzeichnet, daß man als tertiäres Amin Pyridin, Trimethyl-
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amin, Triäthylamin, Triethylendiamin oder 4-Methylpyridin
verwendet.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 "bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß man das Monomere in einem cyepischen Oxyäther
mit bis zu 5 Kohlenstoffatomen, wie 1,4-Dioxan, 1,3-Dioxan
oder Tetrahydrofuran, dispergiert.
7· Poly-p-benzamide, abgeleitet von Monomeren der allgemeinen
Formel
Il
worin X Chlor, Brom, saures Sulfat oderArylsulfonat, R einen Halogenrest, Y Kohlenstoff oder SO und R1 Wasserstoff,
Halogen, Aryl, Nitro, Alkyl oder niederes Alkoxy bedeuten, mit einer Eigenviskosität von wenigstens o,6.
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